Основные мысли новой книги Джеффа Хокинса "A Thousand Brains: A New Theory of Intelligence".
Команда Джеффа занимается исследованиями разума в его биологическом значении - что делает мозг разумным, и как он работает. Он верит, что секрет разработки разумных машин лежит в исследовании принципов работы человеческого мозга, и что все текущие разработки движутся не совсем в ту сторону.Поделюсь его основными идеями (за деталями, ссылками на научные исследования и статьи, которые лежат в их основе, посылаю сразу к книге).
Разум является продуктом работы коры головного мозга. Сама кора, несмотря на внутреннюю запутанность связей, устроена несложно: у нее нет иерархического строения. Она представляет собой набор из 150 000 отдельных, но взаимосвязанных между собой кортикальных колонок, выполняющих одну и ту же функцию, но над разными объектами. Каждая кортикальная колонка представляет собой нейросеть, основной функцией которой является прогнозирование, или, если точнее, моделирование. Неокортекс является результатом горизонтального масштабирования сети этих колонок. Сам неокортекс позволяет сделать поведение разумным: проактивным, а не реактивным, за счет построения прогнозов - модели реальности, с которой можно соотнести собственное поведение.
Прежде всего это моделирование сенсомоторное, так как колонка должна одновременно заниматься обработкой входящих сигналов, кодирующих информацию об окружающем мире с отдельного сенсора или их набора, и формированием сигнала для управления движением этого сенсора (хотя она и не управляет им напрямую). Этот процесс неразрывен, так как каждый сенсор предоставляет узкий, ограниченный поток сигналов; чтобы расширить объем получаемых данных, сенсор использует дополнительное измерение - время, совершая движения, меняющие попадающую в его фокус часть объекта. Например, глаз совершает саккады - переключение между разными частями объекта; пальцы движутся вдоль предмета или ощупывают его. Обработка входящей информации неразрывно связана с движением сенсора, то есть мозг познает мир не статичным, а динамичным образом - мышление всегда осуществляется движением, изменением пространственного положения во времени, что для получения данных (физическим), что для его извлечения (воображаемым). Это объясняет, почему на довольно узкий поток входящих сигналов образуется огромный поток сигналов в петлях обратной связи.
Особенно важно, что сенсомоторная деятельность колонки основана на прогнозировании: с одной стороны, необходимо прогнозировать движения сенсора, а с другой стороны, необходимо прогнозировать, что от сенсора должно поступить. Такое прогнозирование обеспечивается за счет особых синапсов на поверхности нейронов, умеющих за счет ассоциативных связей возбуждаться еще до поступления сигнала и обеспечивать приоритетное возбуждение всего нейрона с одновременным подавлением возбуждения других нейронов. Такой механизм позволяет мозгу формировать последовательности, то есть связывать в них последовательно поступающие во времени сигналы.
Итак, каждая колонка моделирует часть реальности, предсказывая последовательность сигналов в ответ на последовательность движений. Такая модель требует, чтобы нейросеть распознавала образ воспринимаемых предметов - например, их форму. Для этого нейросеть должна уметь предсказывать как положение предмета в пространстве относительно сенсора, так и положение частей предмета относительно друг друга. Механизм, позволяющий то делать, был унаследован еще от старого мозга, который умел запоминать и распознавать местоположение тела носителя ("нейроны места") и моделировать систему отсчета ("нейроны решетки"). Собственно, механизм моделирования независимых систем отсчета, размноженный в отдельных колонках, и лег в основу моделирования любых внешних предметов, а также любых знаний.
Колонка формирует модели с помощью запоминания последовательностей получаемых сигналов в ответ на исполняемое движение в рамках моделируемых "систем отсчета". Но, как оказалось, этот механизм подходит для моделирования не только физических объектов и их пространственных форм. Он используется для накопления вообще всех знаний: просто "входами" для одних колонок являются одни сенсоры, для других - другие, а для третьих - сигналы от колонок. Например, мысленное движение по запомненному каталогу птиц, отличающихся длиной шеи и ног, активировало у людей нейроны по тем же схемам, что активирует воображаемое перемещение в пространстве. Мозг выстраивает мультиразмерную "координатную сетку", мышление которой происходит так же последовательно, как перемещение по пространству - путем прогнозирования последовательности ожидаемых сигналов. Это сразу объясняет педагогическое значение опорных схем, сложность запоминания несвязанной информации и мнемонические приемы "дворцов памяти"!
Хотя процесс моделирования выполняется в рамках каждой колонки, они связаны в единую ассоциативную сеть. Когда множество колонок воспринимают один и тот же объект, процессы возбуждения их нейронов связываются между собой, формируют ассоциации, таким образом формируется целостный образ, включающий множество моделей. Обучившись, мозг приводит к возбуждению нужных нейронов по всему набору этих колонок даже в ответ на частичный сигнал: такое распознавание является результатом "голосования" колонок. Пример такого голосования вы можете почувствовать, переключая внимание в упражнении "фигура - фон": выигрывает либо одна модель, либо другая, между ними можно переключаться, но не одновременно.
Хотя разные части неокортекса по мере развития мозга специализируются, работают они все по одним принципам. К специализации введет разница во "входах", то есть в обрабатываемых сигналах. Поэтому, например, можно обучиться "видеть" через звуковые сигналы - в принципе мозг может научиться моделировать реальность по любым сигналам, которые он сможет получать, так как все сигналы он получает от сенсоров в одинаковой форме, не имеющей отношения к природе сигнала (визуальный, тактильный, звуковой...).
Сам процесс обучения разума включает усвоение отклонений от прогнозируемого поведения: все прогнозы, пока реальность им соответствует, обрабатываются нейросетями автоматически. Но если сигналы противоречат прогнозу, то такой сигнал вызывает возбуждение в связанных областях, отвечающих за модель активности разума - за фокус сознания. Это позволяет постоянно существовать в потоке опыта, который мы не воспринимаем, и отвлекаться на него только при необходимости.
Судя по всему, развитие языка оказалось возможно на базе сильно "прокаченной", насыщенной части неокортекса, связанной с моторикой рук - языковой части коры. На базе языковых моделей развилось символьное мышление - то есть абстрактные модели, для создания которых, впрочем, мозг применил те же средства (координатные сетки и последовательностные прогнозы). Это символьное мышление расширило наши возможности за пределы обработки только персонального опыта, позволило разуму строить модели на основе информации, собранной совершенно не связанными с его собственным носителем опытом.
Одним из интересных следствий такого устройства мозга является следующее противоречие: наш мозг выстраивает картину реальности путем "голосования", когда получивший наибольшее подтверждение образ признается разумом истинным, а альтернативные "отклоняются" - то есть разум выбирает между гипотезами по числу подтверждений, в то время как научный метод выбирает между ними путем поиска опровержений. Становится понятно, почему в областях, оторванных от индивидуальной практики, где модель формируется исключительно на данных от других людей, так процветают различные псевдонаучные теории: мозгу легче подтверждать их, чем опровергать.
Хотя не все положения этой динамично развивающиеся теории неоспоримо доказаны, она уже показала высокую объяснительную способность и предсказательную силу. Также она хорошо гармонирует с философским представлением об идеальном как о модели материального, показывает, как бытие определяет сознание, снабжая его не только предметами, но и инструментами познания, и заставляет по-новому взглянуть, например, на философскую "теорию подстановки" А. Богданова: мозг действительно оперирует понятиями в теории, "подставляя" их на место реальных объектов в те же механизмы, которые используются для оперирования физическими объектами в практике.
Отсюда видны и перспективы, и ограничения человеческого познания. С одной стороны, мы можем искать, как в социальном отдельные разумы образуют более сложные нейросети, формирующие новые уровни абстракции. С другой стороны, мы понимаем, что модели в человеческом разуме строятся на увязывании знаний в ассоциированные "координатные сетки" и мышление "движением" по ним, то есть потоковым восприятием, что не более чем историческое наследие биологической эволюции, а вовсе не единственно возможная форма восприятия и систематизации. Наконец, разум как механизм отвязывается от любого духовного налета трансцендентальности и может рассматриваться сугубо инженерно - как в исследовательской деятельности, так и в созидательной практике, существующих, как следует из этой теории, для неокортекса в неразрывном "сенсомоторном" единстве.
Разум является продуктом работы коры головного мозга. Сама кора, несмотря на внутреннюю запутанность связей, устроена несложно: у нее нет иерархического строения. Она представляет собой набор из 150 000 отдельных, но взаимосвязанных между собой кортикальных колонок, выполняющих одну и ту же функцию, но над разными объектами. Каждая кортикальная колонка представляет собой нейросеть, основной функцией которой является прогнозирование, или, если точнее, моделирование. Неокортекс является результатом горизонтального масштабирования сети этих колонок. Сам неокортекс позволяет сделать поведение разумным: проактивным, а не реактивным, за счет построения прогнозов - модели реальности, с которой можно соотнести собственное поведение.
Прежде всего это моделирование сенсомоторное, так как колонка должна одновременно заниматься обработкой входящих сигналов, кодирующих информацию об окружающем мире с отдельного сенсора или их набора, и формированием сигнала для управления движением этого сенсора (хотя она и не управляет им напрямую). Этот процесс неразрывен, так как каждый сенсор предоставляет узкий, ограниченный поток сигналов; чтобы расширить объем получаемых данных, сенсор использует дополнительное измерение - время, совершая движения, меняющие попадающую в его фокус часть объекта. Например, глаз совершает саккады - переключение между разными частями объекта; пальцы движутся вдоль предмета или ощупывают его. Обработка входящей информации неразрывно связана с движением сенсора, то есть мозг познает мир не статичным, а динамичным образом - мышление всегда осуществляется движением, изменением пространственного положения во времени, что для получения данных (физическим), что для его извлечения (воображаемым). Это объясняет, почему на довольно узкий поток входящих сигналов образуется огромный поток сигналов в петлях обратной связи.
Особенно важно, что сенсомоторная деятельность колонки основана на прогнозировании: с одной стороны, необходимо прогнозировать движения сенсора, а с другой стороны, необходимо прогнозировать, что от сенсора должно поступить. Такое прогнозирование обеспечивается за счет особых синапсов на поверхности нейронов, умеющих за счет ассоциативных связей возбуждаться еще до поступления сигнала и обеспечивать приоритетное возбуждение всего нейрона с одновременным подавлением возбуждения других нейронов. Такой механизм позволяет мозгу формировать последовательности, то есть связывать в них последовательно поступающие во времени сигналы.
Итак, каждая колонка моделирует часть реальности, предсказывая последовательность сигналов в ответ на последовательность движений. Такая модель требует, чтобы нейросеть распознавала образ воспринимаемых предметов - например, их форму. Для этого нейросеть должна уметь предсказывать как положение предмета в пространстве относительно сенсора, так и положение частей предмета относительно друг друга. Механизм, позволяющий то делать, был унаследован еще от старого мозга, который умел запоминать и распознавать местоположение тела носителя ("нейроны места") и моделировать систему отсчета ("нейроны решетки"). Собственно, механизм моделирования независимых систем отсчета, размноженный в отдельных колонках, и лег в основу моделирования любых внешних предметов, а также любых знаний.
Колонка формирует модели с помощью запоминания последовательностей получаемых сигналов в ответ на исполняемое движение в рамках моделируемых "систем отсчета". Но, как оказалось, этот механизм подходит для моделирования не только физических объектов и их пространственных форм. Он используется для накопления вообще всех знаний: просто "входами" для одних колонок являются одни сенсоры, для других - другие, а для третьих - сигналы от колонок. Например, мысленное движение по запомненному каталогу птиц, отличающихся длиной шеи и ног, активировало у людей нейроны по тем же схемам, что активирует воображаемое перемещение в пространстве. Мозг выстраивает мультиразмерную "координатную сетку", мышление которой происходит так же последовательно, как перемещение по пространству - путем прогнозирования последовательности ожидаемых сигналов. Это сразу объясняет педагогическое значение опорных схем, сложность запоминания несвязанной информации и мнемонические приемы "дворцов памяти"!
Хотя процесс моделирования выполняется в рамках каждой колонки, они связаны в единую ассоциативную сеть. Когда множество колонок воспринимают один и тот же объект, процессы возбуждения их нейронов связываются между собой, формируют ассоциации, таким образом формируется целостный образ, включающий множество моделей. Обучившись, мозг приводит к возбуждению нужных нейронов по всему набору этих колонок даже в ответ на частичный сигнал: такое распознавание является результатом "голосования" колонок. Пример такого голосования вы можете почувствовать, переключая внимание в упражнении "фигура - фон": выигрывает либо одна модель, либо другая, между ними можно переключаться, но не одновременно.
Хотя разные части неокортекса по мере развития мозга специализируются, работают они все по одним принципам. К специализации введет разница во "входах", то есть в обрабатываемых сигналах. Поэтому, например, можно обучиться "видеть" через звуковые сигналы - в принципе мозг может научиться моделировать реальность по любым сигналам, которые он сможет получать, так как все сигналы он получает от сенсоров в одинаковой форме, не имеющей отношения к природе сигнала (визуальный, тактильный, звуковой...).
Сам процесс обучения разума включает усвоение отклонений от прогнозируемого поведения: все прогнозы, пока реальность им соответствует, обрабатываются нейросетями автоматически. Но если сигналы противоречат прогнозу, то такой сигнал вызывает возбуждение в связанных областях, отвечающих за модель активности разума - за фокус сознания. Это позволяет постоянно существовать в потоке опыта, который мы не воспринимаем, и отвлекаться на него только при необходимости.
Судя по всему, развитие языка оказалось возможно на базе сильно "прокаченной", насыщенной части неокортекса, связанной с моторикой рук - языковой части коры. На базе языковых моделей развилось символьное мышление - то есть абстрактные модели, для создания которых, впрочем, мозг применил те же средства (координатные сетки и последовательностные прогнозы). Это символьное мышление расширило наши возможности за пределы обработки только персонального опыта, позволило разуму строить модели на основе информации, собранной совершенно не связанными с его собственным носителем опытом.
Одним из интересных следствий такого устройства мозга является следующее противоречие: наш мозг выстраивает картину реальности путем "голосования", когда получивший наибольшее подтверждение образ признается разумом истинным, а альтернативные "отклоняются" - то есть разум выбирает между гипотезами по числу подтверждений, в то время как научный метод выбирает между ними путем поиска опровержений. Становится понятно, почему в областях, оторванных от индивидуальной практики, где модель формируется исключительно на данных от других людей, так процветают различные псевдонаучные теории: мозгу легче подтверждать их, чем опровергать.
Хотя не все положения этой динамично развивающиеся теории неоспоримо доказаны, она уже показала высокую объяснительную способность и предсказательную силу. Также она хорошо гармонирует с философским представлением об идеальном как о модели материального, показывает, как бытие определяет сознание, снабжая его не только предметами, но и инструментами познания, и заставляет по-новому взглянуть, например, на философскую "теорию подстановки" А. Богданова: мозг действительно оперирует понятиями в теории, "подставляя" их на место реальных объектов в те же механизмы, которые используются для оперирования физическими объектами в практике.
Отсюда видны и перспективы, и ограничения человеческого познания. С одной стороны, мы можем искать, как в социальном отдельные разумы образуют более сложные нейросети, формирующие новые уровни абстракции. С другой стороны, мы понимаем, что модели в человеческом разуме строятся на увязывании знаний в ассоциированные "координатные сетки" и мышление "движением" по ним, то есть потоковым восприятием, что не более чем историческое наследие биологической эволюции, а вовсе не единственно возможная форма восприятия и систематизации. Наконец, разум как механизм отвязывается от любого духовного налета трансцендентальности и может рассматриваться сугубо инженерно - как в исследовательской деятельности, так и в созидательной практике, существующих, как следует из этой теории, для неокортекса в неразрывном "сенсомоторном" единстве.